空穴選擇性自組裝單分子層（SAM）在推動反式鈣鈦礦太陽能電池認證光電轉換效率（PCE）達到27%以上發揮了關鍵作用。然而，它們的不穩定性往往會損害器件的運行性能，嚴重阻礙其實際應用。

針對這一挑戰，9月17日，中國科學院深圳先進技術研究院先進材料科學與工程研究所光子信息與能源材料研究中心楊春雷研究員和張杰副研究員團隊，聯合香港嶺南大學、吉林大學、香港城市大學的研究團隊，合作在Nature上發表最新研究成果。

合作團隊開發出了一種普適性的SAM分子原位交聯構象強化策略，解決了SAM在高效率鈣鈦礦基光伏技術中的穩定性難題，對促進反式鈣鈦礦光伏技術和下一代鈣鈦礦基疊層光伏技術的商業化應用具有重要意義。

該研究中，研究團隊設計引入了一種優化了碳鏈長度的含疊氮基團新型SAM分子JJ24，能夠增強主體SAM分子CbzNaph在透明導電氧化物襯底表面的分布均一性，并抑制自組裝過程中缺陷和空隙的形成。JJ24分子的含疊氮基團可以通過熱激活方式，與CbzNaph分子的烷基鏈原位共價交聯，構成緊密組裝的co-SAM層（圖1）。這一結構顯著增強了CbzNaph的擇優取向性（圖2），并通過強化CbzNaph分子烷基鏈連接體剛性，抑制在光照和熱應力下因分子擺動而引起的透明導電氧化物襯底表面暴露，防止了鈣鈦礦層埋底界面分解，并抑制器件界面處的非輻射復合損失（圖3）。

基于該方法制備的反式鈣鈦礦太陽能電池同時實現了26.9%的認證效率，且連續工作1,000小時后，效率零衰減（基于ISOS-L-2測試標準），并在–40°C至85°C之間經過700次重復熱循環后，仍能保持>98%的初始PCE，代表了該領域的頂尖水平（圖4）。

該研究提出了一種普適性的SAM分子原位交聯構象強化策略，改善了SAM分子的襯底覆蓋度和構象穩定性，解決了高效率反式鈣鈦礦太陽能電池埋底界面退化引發的工況穩定性難題，同時也為其他采用高粗糙度基底的高效率SAM基器件的工況穩定性提供了解決方案，對鈣鈦礦基光伏技術在光伏電站、光伏建筑一體化、新能源汽車光伏充電、低空飛行器光伏動力能源和分布式光伏等方面的商業化應用具有重要意義。

香港城市大學姜文林博士和曲歌平博士為共同第一作者。通訊作者為香港城市大學任廣禹教授、中國科學院深圳先進技術研究院張杰副研究員、吉林大學蔣青教授、香港嶺南大學吳圣釩教授。在中國科學院深圳先進技術研究院的研究工作得到了國家自然科學基金的資助。

文章上線截圖，原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09509-7

圖1. CbzNaph和JJ24的分子設計與交聯機制，及其PiFM實驗驗證。

圖2. CbzNaph分子和JJ24分子的分子動力學模擬。

圖3. CbzNaph和JJ24分子交聯對鈣鈦礦層埋底界面分解機制的研究。

圖4. 應用CbzNaph:JJ24交聯空穴選擇層的反式鈣鈦礦太陽能電池效率及穩定性測試。